私たちは、小説を記述<em生体内で></em頭蓋内窓や高解像度の2光子顕微鏡と結合蛍光キメラマウスその>イメージング技術。このイメージングプラットフォームエイズは病的な侮辱に続く単一細胞レベルでの脳組織と微小血管系のダイナミックな変化の研究、および頭蓋内薬物送達およびディストリビューションを評価することが適応可能である。
我々は成功した頭蓋内組織構造変化の直接の長期的可視化を可能にした新規のプラットフォームを開発するために生体2光子共焦点顕微鏡と以前に確立された頭蓋内窓(ICW)技術1-4を統合しました。リアルタイム方式で単一細胞の解像度でイメージングは、組織の 'スナップショット'断面でもっぱら見える標準エンドポイント組織学的分析、によって提供されるものを超えて補足動的な情報を提供します。
蛍光キメラマウスでは、この生体イメージング技術を確立し、我々は同時に画像4蛍光チャネルすることができます。例えば、GFP +骨髄などの蛍光標識された細胞を組み込むことにより、組織内での長期的な移行、統合および分化を研究するこれらの細胞の運命を追跡することができる。このようなmCherryグリオーマ腫瘍ラインなどの二次レポーター細胞のさらなる統合は、特性を可能にし細胞間相互作用:細胞のterization。組織微小環境の構造変化は、例えばCD31タグ付け抗体およびデキストラン分子を、イントラ不可欠染料および抗体の添加によって強調することができます。
さらに、電離放射線の投与後に発生する動的な組織変化を評価することができるようなプラットフォームを構築、定位照射を提供する小動物のマイクロ照射装置とのICWのイメージングモデルの組み合わせを記載している。
我々のモデルの現在の制限は、脳の背側軸にイメージングを制限し、サブ皮質表面から900ミクロンまでの深さに制限されている顕微鏡の浸透度が含まれています。頭蓋骨の存在は現在5-7乳腺組織と脂肪パッドを研究するために使用さより確立され、利用室のモデルに比べて、ICWより挑戦的な技術の手順になります。また、ICWプロブIDEの多くの課題イメージングを最適化する。
種々の病態に応じて、脳内で発生する構造的および生物学的変化をよりよく理解し、治療的介入治療戦略を向上させるために重要である。しかし、特に頭蓋病理に関して、これらの構造および生物学的変化を研究における現在の課題の一つは、組織の到達不能と時間変化およびインビボ環境の中で変化の動的な進行を研究することができないことである。 "ウィンドウ"技術の世代は、以前5-7腫瘍の開発を通じて、軟組織の変化を調べることに成功した証明した。 ICWモデルの開発は、基礎となる脳組織に感染を扇動に損傷を与えることなく、頭蓋骨の骨を除去する必要性のために、より多くの技術的に困難であることが分かる。以前の論文は、高解像度鮮明IMを生成する、しかし組織8-10を可視化する頭蓋骨を薄くしようとしてい頭蓋骨の年齢完全除去が11必要です。長期イメージング(30日+)はごく最近イメージング1,11を通じて可能オプションになっている繰り返し、以前より短い時間枠は5研究されている。
過去十年間の主要な目的は、腫瘍の治療のための新規治療標的を提供するために、腫瘍形成および進行に応じて、特に、新脈管次の病理学的な刺激の原因を解明することであった。多くの論争は、腫瘍の発生または次放射線の間に脳内の新しい血管系のソースの周りのまま。従来、血管新生、血管新生、新しい血管が既存の血管12の出芽から形成されるプロセスを介して行われると考えられている。より最近の研究は、しかし、血管の先に想定胚プロセスは病的な血管系の形成に多くのかなりの役割を果たしていることかもしれないことを示唆している。 VAsculogenesisは、順番に、その後直接新しい血管内皮12-14の形成に関与している骨髄から成体血管芽細胞の対応の募集を伴います。証拠を蓄積すると、内皮前駆細胞が発癌性メディエーター15-17に応答して、 新生血管形成を開始するために骨髄から動員されることを示している。しかし、これらの研究は、病理学的な刺激と治療18-21への応答の種類によって変化する割合の寄与と血管内皮へのこれらの骨髄由来の細胞(たBMDC)の直接的な貢献のために矛盾する証拠を提供する。
したがって、腫瘍脈管構造にし、治療に対する反応におけるBMDC統合のプロセスを繰り返し長期研究のための高分解能生体内イメージングを可能にする再現性の実験方法を確立することが非常に重要である。標準的な組織学的手法、動的情を提供するために失敗する報は、新生血管を生じさせるため、決定的に細胞の相互作用のメカニズムを示すことができない細胞の長期生存、分化および統合を決定するために必要。
私たちは、頭蓋内電離放射線と腫瘍増殖の両方続くBMDC採用の様々な程度、しかしであるリクルート、病理特定のサイト全体ではなく、頭蓋内組織11,22の侵入があることを我々の実験的なアプローチを用いて示している。私たちは、募集は、単一の動物11,22の繰り返しイメージングによって実証時間に敏感なパターンに従うことが示されている。同様に、 インビボ撮像においても蛍光標識腫瘍細胞を直接自身の内皮細胞を形成する腫瘍細胞の分化転換の可能性を強調するために、内皮細胞に対するイントラ不可欠なCD31抗体を用いて撮像され、追跡することができる腫瘍細胞擬態に貴重な洞察を提供することができる。
<pクラス= "jove_content">モデルの汎用性は、細胞および生物学的プロセスの変化の研究のための組み合わせの網羅数を提供し、画像4蛍光チャネルする能力によって強化されています。我々は時間をかけて何度も同時に単一のフィールドで、intravitally画像CFP(青)、GFP(緑色)、チェリー/ RFP(赤)、およびAlexa647/APC(遠赤)にできます。研究者は、遺伝的に特に関心のある構造変化を強調するためにチャネルと同様に、購入染料および抗体のそれぞれの蛍光色素を表現するためのセルを変更することができます。一般的に研究に使用される染料や抗体をこれまでに、我々はこの目的のために遠赤のチャネルを利用したものの両方が、他に使用可能なハイ微小血管や組織1,11,23,24で、その変化の両方、CD31およびデキストランを含むチャンネルは言及した。同様に、SYTOXアポトーシスの領域をハイライト表示されますオレンジ、、そのような会社Visenからのもののようにマーカーを含む他の染料は、SPEであったcifically in vivoでの使用のために設計されています。の4つの一般的に使用される蛍光チャネルにさらに、第二高調波発生(SHG)チャネルが脈管を取り囲む基底膜の可視化、モデル7の内因性コラーゲン繊維を添加して画像を最適化することができる。我々のモデルの適応性、ならびに前述の細胞間相互作用を実証するため、我々は、薬物 – 細胞相互作用を研究することができた。我々はAMD3100、SDF-1阻害剤、及びBMDC募集11に関わるシグナル伝達ネットワークにおけるその役割のような薬物阻害を見てきました。同様に、我々は遺伝的にGFP分子にIRESを通じて一緒にVEGFTrap、VEGF阻害剤25を 、表現するためにU87神経膠腫異種移植細胞のう ち設計しました。 RFP + BMを使用することにより、私たちは、VEGFが血管系にたBMDCの動員に及ぼす役割を研究することができます。最近私たちは、MECを見て薬物動態を研究するためのモデルを利用してきた細胞レベルでの腫瘍線引き薬フルオレセイン26、背後hanism。を使用することにより、カスタム構築された我々は、治療に対する腫瘍とたBMDC両方の応答を評価するために、定位放射線配信を統合することができました家小動物照射インチ
我々の小説生体イメージング法の研究を使用することにより組織変化の多くは、機能と生物学的特徴の解明を助ける、さまざまな病態やシステムで発生する単一セルのリアルタイム変化への洞察を得ることができる。
すべての画像で説明した3つのチャネルは、これまでに多数の細胞の種類との相互作用を調べるためのツールの貴重なセットで、他のモデルと葉の研究者の関心の3つのマーカーのために互換性があります。計画はすべてのマーカーと細胞タイプが正常に異なるチャネルにおけるレポーター蛍光分子を統合していることを確認する必要があります。
我々はまた、第四のCFPチャネル(図4A)とSHGベースコラーゲンチャンネル7( 図4B)を統合することができましたここで使用される標準的な3つのチャネルに加えて、 これはin vivoでの細胞間相互作用を見ての可能性を拡張し、加えて、できユーザーは、他のマーカーの2つのチャネルを維持しながら、特定の細胞間相互作用を研究するために、混合集団に着手する。例えば、我々は彼らのintratumを比較に関心を持つ1:3割合で腫瘍細胞(RFP)と癌幹細胞(CFP)を見てきました経口相互作用が(図4A)。我々は混合集団の7日後に注入率が支持されたとの両方の細胞集団がまだ見ることができることを観察した。
CFPチャネルは励起および発光スペクトルの両方でGFPチャネルとの重複に起因する技術的な問題を提供し、そのように実際にGFP +であるものから真のCFP +細胞を定義するためのポスト撮影処理を必要とします。ポストの撮像処理を直接せるツァイスLSMソフトウェアで構築された2光子顕微鏡で行うことができる、GFP画像( 図4A)取り残される真CFP細胞において得られたCFP画像から減算される。減算が均等に明るいイメージに依存し、GFPレーザー(488 nm)をしながら、CFPとGFP細胞の両方を蛍光CFPレーザー(458 nm)のが原因である比率の前提は、CFPの細胞を蛍光を発するには高すぎる。 CFPに加えて、我々はまた、SHGを見て以前に発行された設定を使用することができましたレベルとその血管系、(図4B)を囲む基底膜を構成するコラーゲン繊維を示す。
このモデルのもう一つの適応は直径2mmのような小さな組織の切片を照射する定位誘導放射を使用する能力を有する特注小動物照射装置を利用してきた。照射でウィンドウを標的とすることで、それは放射線が下にある組織に及ぼす影響を調べることが可能です。我々は最近、効果の放射線を見て研究を発表した血管系へたBMDCの募集に関して正常な脳組織に及ぼす、ポスト放射組織変化における役割を特に探しています私たちは、たBMDCの募集は、時間と正常組織11で用量依存性の両方であることがわかった。
それは、薬物を提供する治療薬のデリバリーと統合のメカニズムは蛍光マーカーでタグ付けされて勉強することが可能である。間に我々の研究は、我々はVEGFTrapの生産、生産25のローカルエリア内のすべてのVEGFシグナル伝達をブロックする抗血管新生薬剤を追跡することができました。同時にVEGFtrap生産、BMDC相互作用と血管系(図4Cii):遺伝的にEGFP(図4Ci)にIRESと相まってVEGFtrap遺伝子を発現させるために我々の腫瘍細胞を変更し、RFP 'ドナー' BMを使用することにより、我々は画像EGFPをすることができました。これは、モデルと利用可能なチャネルの多様性を示した。これは、単一セルの解像度の約束のために、薬物の動態を調べることも可能である。フルオレセイン(GFP +)が最大の切除は26を達成していることを確認するために手術中に腫瘍の輪郭を描くために使用されます。一方静脈イメージングを注入することにより、それはトンで間質領域に薬剤のコレクションを代わりに描写が腫瘍細胞にフルオレセインの能動的取り込みを通じてNOT起こることを実証するために、自分自身をも可能ですが、フルオレセイン(図4D)の注射後に共局在10分の欠如によって見IME、。
全体的な戦略は、動的な細胞間相互作用の研究に有利であるユニークな実験的なプラットフォームを実現するために小説や既存の技術を組み合わせたものです。この戦略は、頭蓋内、治療に応答してBMDC、腫瘍と正常な脳血管の高解像度の単一セルの動的変化を調べるための貴重なアプローチであることが判明した。生体内イメージングは、BMDC採用、移動および分化頭蓋脳の腫瘍脈管構造においてだけでなく、他の研究分野に適応し、他の多くの動的過程の分子量調節剤のより良い理解を提供することができる。他の治療法と組み合わせてBMDCを調節推定阻害因子は、組み合わせ治療の正確なタイミングの識別を助けることができる。さらに、この戦略は、多くの将来の広報に適合させることができるだけでなく、 生体内で生体染色色素だけでなく、蛍光の研究者はよりターゲットを絞った治療法の分布と移行パターンをトレースするだけでなく、その反応速度で縦方向に見てできるようにタグ付けされている低分子阻害剤とナノ粒子を利用しないオブジェクト。
The authors have nothing to disclose.
我々は2Photon顕微鏡のチャンネルの初期設定での支援のために、特にジェームズJonkmanで、王女マーガレット病院で高度な光学顕微鏡施設に感謝したいと思います。著者らは、放射線応答(STTARR)プログラムおよびその関連資金提供機関の時空間ターゲティングと増幅を承認したいと思います。我々はVEGFTrapプラスミドを供給するため、それらの原稿の修正やフィードバックのためのピーターTongeの、Dr.IacovosマイケルとDr.Andrasナジに感謝します。 BTRCのスタッフからの継続的な支援との議論は非常に貴重であったと我々は彼の科学的な入力のためにDr.Abhijitグハを記念したいと思います。作業はCIHRとNIHの助成金によって賄われていた。
Reagent | |||
NODSCID mice | Jackson Lab | 001303 | 8 week old |
B5/EGFP Mice | Jackson Lab | 003516 | |
ACTB/DsRED mice | Jackson Lab | 005441 | |
Tear Gel | Novartis | T296/2 | |
2% Lidocaine-Epinephrine | Bimeda MTC | 25SP | Use neat |
Vetbond | 3M | 1469SB | |
Self curing acrylic kit | Bosworth | 166260 | Use ~30% (w/v) |
10K MW Dextran-Alexa647 | Invitrogen | D22914 | Use @ 0.6 mg/kg in Saline |
CD31-APC | BDPharmingen | 551262 | Use @ 0.3 mg/kg in Saline |
AK-fluor (Fluorescein) 10% | AKORN inc. | NDC 17478-253-10 | Use @ 7.7 mg/kg in Saline |
Betadine solution | Purdue Products | NDC 67618-150 | |
Equipment | |||
Fine Tweezers | VWR | 82027-402 | |
Fine Dissection Scissors | VWR | 25870-002 | |
22G Needle | BD | 305156 | |
27G 0.5 ml TB syringe | BD | 305620 | |
Handheld Micro-Drill | Fine Science Tools | 18000-17 | |
2.7 mm Trephine drillbit | Fine Science Tools | 18004-27 | |
10 μl 30G Hamilton syringe | Sigma Aldrich | 20909-U | |
Glass Coverslip 3 mm | Warner Instruments | 64-0720 CS-3R | |
Fluorescence goggles | BLS | FHS/T01 | Basic head frame |
Stereotaxic frame | stoelting | 51950 | |
Mouse restrainer for IV injection | Brain Tree Lifescience | MTI |